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一个几乎看不见的雾悬挂在空气中的加利福尼亚实验室,由激光照明。一只鹦鹉穿过它飞,它身上戴着一副红色的小护目镜来保护眼睛。
当鸟儿在水粒子中拍打时,翅膀会产生破坏性的波,追踪模式帮助科学家了解动物是如何飞行的。
在一项新的研究中,一组科学家测量并分析了戴着护目镜的鹦鹉在试飞过程中产生的粒子轨迹,结果显示,以前的计算机机翼运动模型并不像他们想象的那样精确。这项研究的作者认为,这种飞行动力学的新观点可以为未来自主飞行机器人的机翼设计提供参考。[仿生学:7项受自然启发的聪明技术]
当动物飞行时,它们在空气中*出一个看不见的“脚印”,类似于游泳者在水中留下的尾迹。计算机模型可以解释这些空气扰动,计算使飞行器保持在高空并向前推进所需的力。
一组科学家最近开发了一个新系统,以前所未有的详细程度跟踪飞行产生的气流。他们想将他们改进后的观测结果与几种常用的计算机模型进行比较,这些计算机模型使用尾流测量来估计飞行动物的升力,看看他们的预测是否会走上正轨,研究人员求助于一种叫欧比的太平洋鹦鹉——一种小型鹦鹉。欧比被训练在两个相距约3英尺(1米)的栖木之间飞行,通过一个由激光片照亮的非常细的水滴雾。研究报告的作者、加州斯坦福大学机械工程助理教授大卫·伦廷(David Lentink)说,播撒空气的水粒子答猛轮非常小,“直径只有1微米”。(相比之下,人类头发的平均长度约为100微米厚。)
欧比的眼睛被定制护目镜保护不受激光的照射:一个3D打印的框架,上面装有从人类安全眼镜上切下的镜片-与朗克和他的团队戴的眼镜类型相同。
当激光闪烁时-以每秒1000次的速度-水滴散射激光,高速摄影机拍摄1,当Obi从一个高处飞到另一个高处时,每秒1000帧捕捉到了受扰粒子的轨迹。
在空气粒子中追踪的模式使科学家能够在飞行过程中跟踪机翼的精确运动。(斯坦福大学的伦廷卡布)测试显示了一些意想不到的东西。计算机模型预测,一旦旋转的空气模式(也被称为漩涡)被鸟的翅膀创造出来,它们将在空气中保持相对稳定。但欧比追踪到的模式在鸟儿拍打翅膀几下后就开始瓦解。
“我们惊讶地发现,通常在报纸和教科书上画出的漩涡,就像清信漂亮的甜甜圈,在翅膀拍打两到三下后突然破裂,”兰廷在电子邮件中告诉《生活科学》。他解释说,这意味着在动物知笑飞行研究中广泛使用的基于动物产生的尾流计算其升力的模型可能不准确。
“由于高速记录,我们能够捕捉到并以慢速播放,因此,我们可以用眼睛看到漩涡是如何破裂的,使得模型很难很好地预测升力。[无人机在南极洲和北极飞行]
测试飞行模型研究人员利用一个由伦廷团队于2015年开发的设备,对其机翼跳动产生的Obi升力进行了自己的计算-一个装有力感测器的封闭盒子,其灵敏度高,能够检测振动
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